JP3384184B2 - Inkjet print head - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、入力される印字データ
に応じて選択的にインク滴を記録用紙上に飛翔・固着さ
せることにより可視画像を得るインクジェットプリンタ
に用いるインクジェットプリントヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet print head used in an ink jet printer which obtains a visible image by selectively flying and fixing ink droplets on a recording sheet according to input print data.

【０００２】さらに詳しくはノズル板、インク加圧室基
板を積層しインク加圧室基板の表面に積層された弾性膜
と圧電性膜のたわみ変形により加圧してインク滴を飛翔
させるオンデマンド型インクジェトヘッドに関する。More specifically, an on-demand type ink jet in which a nozzle plate and an ink pressurizing chamber substrate are laminated and the elastic film and the piezoelectric film laminated on the surface of the ink pressurizing chamber substrate are pressed to cause ink droplets to fly by pressurizing. Regarding the head.

【０００３】[0003]

【従来の技術】本発明に関わる従来技術としては、特公
昭62-22790号公報、特開平5-504740公報等がある。2. Description of the Related Art As prior art relating to the present invention, there are JP-B-62-22790 and JP-A-5-504740.

【０００４】これらの従来例ではインク加圧室を内包す
る基材に圧電性膜をスパッタやゾルゲル法等のいわゆる
薄膜製法で一体形成することにより、簡易な構造で高性
能なオンデマンド型インクジェットプリントヘッドを実
現している。In these conventional examples, a piezoelectric film is integrally formed on a substrate containing an ink pressurizing chamber by a so-called thin film manufacturing method such as sputtering or a sol-gel method, so that a high-performance on-demand ink jet printing with a simple structure is formed. The head is realized.

【０００５】しかし今日プリンタに要求される高解像度
・高速印字性能を満足させるためには、前記加圧室基材
の最適な材質・製法(とそれに適合する圧電膜製法)を選
ぶことが肝要である。However, in order to satisfy the high resolution and high speed printing performance required for printers today, it is essential to select the optimum material and manufacturing method of the pressure chamber base material (and the piezoelectric film manufacturing method compatible therewith). is there.

【０００６】加圧室基材の製法としては、セラミック基
板を焼成前に型抜きして形成する方法があるが、焼成時
の収縮にともなう精度劣化を考慮すると、高密度・高品
質のヘッドには適さない。As a method of manufacturing the pressurizing chamber base material, there is a method of forming the ceramic substrate by die-cutting before firing, but in consideration of the deterioration of accuracy due to shrinkage during firing, a high density and high quality head is obtained. Is not suitable.

【０００７】一方米国特許第4,312,008号明細書に示さ
れるような単結晶シリコン基板を異方性エッチングで穿
孔し加圧室を形成する方法は1:100以上の幅対深さ比を
得、かつ寸法精度も数μmと高く、好適である。On the other hand, a method of forming a pressure chamber by punching a single crystal silicon substrate by anisotropic etching as shown in US Pat. No. 4,312,008 provides a width to depth ratio of 1: 100 or more, and The dimensional accuracy is as high as several μm, which is preferable.

【０００８】圧電性膜はチタン酸ジルコン酸鉛(以下PZT
と略称する)等の鉛酸化金属系材料が最も圧電性能が高
く、この材料をスパッタ法、ゾルゲル法等の薄膜法を用
いるのが好ましい。The piezoelectric film is lead zirconate titanate (hereinafter PZT
(Hereinafter abbreviated)) has the highest piezoelectric performance, and it is preferable to use a thin film method such as a sputtering method or a sol-gel method for this material.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の薄膜製法で酸化
物系圧電膜を形成する場合、製造上膜厚は薄いほうが成
膜にかかる時間や工数を低減することができるので好ま
しい。また圧電膜が厚くなるに従い焼成時のクラック等
の膜不良や厚み方向の組成不均一性が著しく増加し、歩
留や圧電性能が低下した。When the oxide-based piezoelectric film is formed by the above-mentioned thin film manufacturing method, it is preferable that the film thickness is thin in terms of manufacturing because the time and the number of steps required for film formation can be reduced. Further, as the piezoelectric film became thicker, film defects such as cracks at the time of firing and composition nonuniformity in the thickness direction remarkably increased, and yield and piezoelectric performance deteriorated.

【００１０】一方所望のインク吐出を得るためには、圧
力発生膜からインクの粘弾性に抗してノズルからインク
を押し出すだけの変位体積が必要である。圧電膜を薄く
すると圧力発生膜の剛性が低下し、十分な圧力を発生す
ることができない。剛性低下を補うためには圧力発生膜
の梁の幅を狭くすればよいが、これは変位面積の減少に
つながるのでその分圧力発生膜を長くしなければならな
い。しかし圧力発生膜長を増やすと圧力室も長くなり、
結果的に圧力室は狭小で細長い形状となり、インクの流
体抵抗が増え吐出効率の低下やインク供給能力の低下を
まねいてしまう。On the other hand, in order to obtain the desired ink ejection, a displacement volume is required to push out the ink from the nozzle against the viscoelasticity of the ink from the pressure generating film. If the piezoelectric film is made thin, the rigidity of the pressure generating film is lowered, and it is not possible to generate sufficient pressure. In order to compensate for the decrease in rigidity, the width of the beam of the pressure generating film may be narrowed, but this leads to a reduction in the displacement area, so the pressure generating film must be lengthened accordingly. However, increasing the pressure generating film length also lengthens the pressure chamber,
As a result, the pressure chamber has a narrow and elongated shape, which increases the fluid resistance of ink, leading to a decrease in ejection efficiency and a decrease in ink supply capacity.

【００１１】本発明はかかる課題を解決するためのもの
であり、その目的とするところは、製造工数の簡略化と
圧電膜の品質を向上させるために圧電膜を薄膜化した上
で、インク吐出特性を確保した高解像度で高性能のたわ
み形インクジェットプリントヘッドを提供することにあ
る。The present invention is intended to solve such a problem, and an object of the present invention is to reduce the thickness of the piezoelectric film in order to simplify the manufacturing process and improve the quality of the piezoelectric film, and then eject the ink. It is an object to provide a high-definition and high-performance flexible inkjet printhead that secures characteristics.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリントヘッドは列状に隔壁を介して配列されたインク
加圧室を有する単結晶シリコンからなる加圧室基板、こ
の加圧室基板の片面を覆蓋し前記隔壁により懸架かつ固
定され、加圧室の一壁面をなすがごとく配置された弾性
膜と下部駆動電極と圧電性膜と上部駆動電極からなる圧
力発生膜、各々の加圧室の壁面に設けられたインク吐出
ノズルとインク供給孔からなるインクジェットヘッドで
あって、前記加圧室に対応する前記圧力発生膜を支持す
る前記インク加圧室隔壁と略平行の線状固定部を１つ以
上形成することを特徴とする。An ink jet print head according to the present invention comprises a pressure chamber substrate made of single crystal silicon having ink pressure chambers arranged in rows through partition walls, and one side of the pressure chamber substrate is A pressure generating film composed of an elastic film, a lower drive electrode, a piezoelectric film, and an upper drive electrode, which are covered and are suspended and fixed by the partition wall and arranged as if forming a wall surface of the pressurizing chamber, and the wall surface of each pressurizing chamber. An ink jet head comprising an ink discharge nozzle and an ink supply hole provided in the pressure chamber , the ink jet head supporting the pressure generating film corresponding to the pressure chamber.
And forming the ink pressurizing chamber bulkhead and the linear fixed portion of substantially parallel one or more that.

【００１３】[0013]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１４】[実施例1]図１、図２、図３を用いて本発
明の１実施例を説明する。図１は本発明の実施例におけ
るインクジェットプリントヘッドの概略斜視図、図２は
図１の２点鎖線Aで示す平面内の断面図、図３は図２中
矢印Bで示す鎖線の断面を表わす図である。[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. 1 is a schematic perspective view of an ink jet print head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the plane indicated by the two-dot chain line A in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the dashed line indicated by arrow B in FIG. It is a figure.

【００１５】1はインク加圧室基板であり、２列に千鳥
状に配列された加圧室2、各加圧室にインク(図示せず)
を供給するための共通流路3、各々の加圧室2と共通流路
3を連通する供給路9を有する。配列ピッチは180分の1イ
ンチ、約141ミクロンとし2列で360ドット/インチの印字
密度を有するプリントヘッドを実現している。Reference numeral 1 denotes an ink pressure chamber substrate, pressure chambers 2 arranged in a zigzag pattern in two rows, and ink (not shown) in each pressure chamber.
Common channel 3 for supplying each pressure chamber 2 and common channel
It has a supply path 9 communicating with 3. The array pitch is 1/180 inch, approximately 141 microns, and a print head with a print density of 360 dots / inch in two rows is realized.

【００１６】この加圧室基板1の下面には圧力発生膜と
なる弾性膜4、下部駆動電極10、圧電性膜11、上部駆動
電極12が一体に順次積層された圧力発成膜5を形成す
る。8は変位素子に信号を供給するための配線基板であ
る。On the lower surface of the pressurizing chamber substrate 1, there is formed a pressure generating film 5 in which an elastic film 4 serving as a pressure generating film, a lower drive electrode 10, a piezoelectric film 11, and an upper drive electrode 12 are sequentially laminated integrally. To do. Reference numeral 8 is a wiring board for supplying a signal to the displacement element.

【００１７】6は前記加圧室2に対応してインク吐出用ノ
ズル7を複数穿ったノズル板である。前記インク加圧室
基板1とノズル板6を接着後、基体90に嵌着しインクジェ
ットプリントヘッドを成す。Reference numeral 6 denotes a nozzle plate having a plurality of ink ejection nozzles 7 corresponding to the pressurizing chamber 2. After the ink pressure chamber substrate 1 and the nozzle plate 6 are bonded, they are fitted on the base body 90 to form an ink jet print head.

【００１８】図３は同じく図１の加圧室配列方向の断面
図であり、7はノズル板6内のノズル、13は配列された加
圧室2内のインク、４は弾性膜、１０は下部駆動電極、
１１は圧電性膜、１２は上部駆動電極である。圧電性膜
１１は各加圧室に対応し、食刻により加圧室幅より若干
狭小幅に形成する。14,15,16,17は模式的に表わした配
線回路であり、14は駆動電圧源、１５は駆動電圧源１４
と下部駆動電極１０を接続する配線、１６は駆動電圧源
１４と上部駆動電極12をつなぐ配線、１７は各圧電性膜
11と配線間に介在する、駆動信号のスイッチである。こ
のように１個のインク吐出素子19はノズル7、隔壁18で
仕切られた加圧室２、隔壁１８間に連架される弾性膜
4、下部駆動電極10、圧電性膜11、上部駆動電極12、ス
イッチ17で構成される。FIG. 3 is a sectional view in the direction of arrangement of the pressure chambers of FIG. 1, where 7 is a nozzle in the nozzle plate 6, 13 is ink in the pressure chambers 2 arranged, 4 is an elastic film, and 10 is an elastic film. Lower drive electrode,
Reference numeral 11 is a piezoelectric film, and 12 is an upper drive electrode. The piezoelectric film 11 corresponds to each pressure chamber and is formed by etching to have a width slightly narrower than the width of the pressure chamber. 14, 15, 16, 17 are wiring circuits schematically shown, 14 is a driving voltage source, and 15 is a driving voltage source 14
And a wiring connecting the lower drive electrode 10 to each other, 16 a wiring connecting the drive voltage source 14 and the upper drive electrode 12, 17 a piezoelectric film
It is a switch for the drive signal that is interposed between 11 and the wiring. In this way, one ink ejection element 19 is composed of the nozzle 7, the pressurizing chamber 2 partitioned by the partition wall 18, and the elastic film connected between the partition walls 18.
4, lower drive electrode 10, piezoelectric film 11, upper drive electrode 12, and switch 17.

【００１９】40は加圧室中央に加圧室隔壁18と同様に形
成した中央隔壁であり、この中央隔壁により弾性膜4の
中央41が線状に固定される。圧電性膜11及び上部駆動電
極12はこの中央隔壁により隔てられた加圧室に対応して
形成される。Reference numeral 40 denotes a central partition formed in the center of the pressing chamber in the same manner as the partition wall 18 of the pressing chamber, and the central partition 41 fixes the center 41 of the elastic film 4 linearly. The piezoelectric film 11 and the upper drive electrode 12 are formed so as to correspond to the pressure chamber separated by the central partition.

【００２０】本例では加圧室のピッチを141μm、２つの
加圧室の幅を46μm、長さ(図３中奥行き方向)を2mmと
し、中央隔壁の幅は15μmとした。In this example, the pitch of the pressure chambers was 141 μm, the width of the two pressure chambers was 46 μm, the length (depth direction in FIG. 3) was 2 mm, and the width of the central partition wall was 15 μm.

【００２１】ここでインク吐出の原理を簡略に説明す
る。待機時はスイッチ17aが開き、次の吐出に備える。
図３の左端の吐出素子に待機状態を示す。吐出時には図
３中央の吐出素子図に示す如く、スイッチ17bを閉じ、
矢印Aに示す圧電性膜11の分極方向と同極性、換言する
と分極時の印加電圧極性と同じように電圧を印加すると
圧電性膜１１は厚み方向に膨張すると共にその幅方向
(図３上は水平方向)に収縮する。この収縮で圧電性膜11
と弾性膜4の界面に圧縮の剪断応力が働き、結弾性膜4お
よび圧電性膜11は図の上方向にたわむ。このたわみによ
り加圧室2bの体積が減少しノズルからインク滴30が飛び
出す。その後図３右端に示す如く、再びスイッチ17cを
開くと、たわんでいた弾性膜4等が復元し、加圧室体積
の膨張により図示しないインク供給路よりインクが充填
される。Here, the principle of ink ejection will be briefly described. During standby, the switch 17a is opened to prepare for the next discharge.
The ejection element at the left end of FIG. 3 shows the standby state. At the time of discharge, as shown in the discharge element diagram in the center of FIG. 3, switch 17b is closed,
When the voltage is applied in the same direction as the polarization direction of the piezoelectric film 11 indicated by the arrow A, in other words, in the same direction as the applied voltage polarity during polarization, the piezoelectric film 11 expands in the thickness direction and its width direction.
It contracts (horizontal direction in Fig. 3). This contraction causes the piezoelectric film 11
The compressive shear stress acts on the interface between the elastic film 4 and the elastic film 4, and the elastic film 4 and the piezoelectric film 11 bend upward in the drawing. Due to this deflection, the volume of the pressurizing chamber 2b is reduced and the ink droplet 30 is ejected from the nozzle. Then, as shown in the right end of FIG. 3, when the switch 17c is opened again, the elastic film 4 and the like that have been bent are restored, and ink is filled from an ink supply path (not shown) due to expansion of the volume of the pressure chamber.

【００２２】本発明のインクジェットプリントヘッドの
製造方法を図4に基づいて説明する。加圧室を形成する
に適した厚み、例えば220μmの結晶軸(1,1,0)に直交す
る面を有すシリコン単結晶基板20に、その全面に熱酸化
法により２酸化シリコンからなるエッチング保護層21を
形成する。A method of manufacturing the ink jet print head of the present invention will be described with reference to FIG. A silicon single crystal substrate 20 having a thickness suitable for forming a pressurizing chamber, for example, a surface of 220 μm orthogonal to the crystal axis (1,1,0) is formed on the entire surface by etching using silicon dioxide by a thermal oxidation method. The protective layer 21 is formed.

【００２３】シリコン単結晶基板20の一方面のエッチン
グ保護層21表面にスパッタ成膜法等の薄膜形成方法によ
り、弾性膜4を形成する。本例では酸化ジルコニウムを
高周波スパッタ法により600nmの厚みで積層した。The elastic film 4 is formed on the surface of the etching protection layer 21 on one surface of the silicon single crystal substrate 20 by a thin film forming method such as a sputtering film forming method. In this example, zirconium oxide was laminated with a thickness of 600 nm by a high frequency sputtering method.

【００２４】さらにその上に下部駆動電極10となる白金
を200nmの厚みで同じく製膜する。この際白金層とその
上下層の間の密着力を上げるために極薄のチタン、クロ
ム等を中間層として介してもよい。また前記弾性膜4は
下部駆動電極10が兼ねてもよい。Further, platinum, which will be the lower drive electrode 10, is similarly formed thereon with a thickness of 200 nm. At this time, ultrathin titanium, chromium or the like may be interposed as an intermediate layer in order to increase the adhesion between the platinum layer and the upper and lower layers thereof. The lower drive electrode 10 may also serve as the elastic film 4.

【００２５】その上に圧電性膜の前駆体24を積層する。
本例ではチタン酸鉛、ジルコン酸鉛、マグネシウム-ニ
オブ酸鉛をそのモル配合比が50%,40%,10%となるようなP
ZT-PMN系圧電膜の前駆体をゾルゲル法にて最終的に1μm
厚みとなるまで6回のコートの脱脂を繰り返して成膜し
た。なお種々の思考実験の結果この圧電膜の化学式が、
ＰｂＴｉAＺｒB（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）CＯ3＋ｅＰｂＯ〔Ａ
＋Ｂ＋Ｃ＝１〕にて表され、前記化学式中のＡ、Ｂ、
Ｃ、ｅが、０．３５≦Ａ≦０．５５、０．２５≦Ｂ≦
０．５５、０．１≦Ｃ≦０．４、０≦ｅ≦０．３の範囲
内で選択すれば、実用に耐えうる圧電性を得ることがで
きた。言うまでもなく成膜方法は本方法に限らず高周波
スパッタ成膜やCVD等を用いてもよい(図4(I))。A piezoelectric film precursor 24 is laminated thereon.
In this example, lead titanate, lead zirconate, and magnesium-lead niobate were added so that their molar compounding ratios would be 50%, 40%, and 10%.
The ZT-PMN system piezoelectric film precursor is finally 1 μm by sol-gel method.
Degreasing of the coat was repeated 6 times to form a film until the thickness was reached. As a result of various thought experiments, the chemical formula of this piezoelectric film is
PbTiAZrB (Mg1 / 3Nb2 / 3) CO3 + ePbO [A
+ B + C = 1], and A, B in the above chemical formula,
C and e are 0.35 ≦ A ≦ 0.55, 0.25 ≦ B ≦
By selecting within the ranges of 0.55, 0.1 ≦ C ≦ 0.4, and 0 ≦ e ≦ 0.3, it was possible to obtain a piezoelectric property that can withstand practical use. Needless to say, the film forming method is not limited to this method, and high frequency sputter film forming, CVD or the like may be used (FIG. 4 (I)).

【００２６】このように順次各膜を積層した後、圧電性
膜11上に加圧室2が形成される位置に合わせて適当なエ
ッチングマスク(図示せず)を施した後、フッ化水素にて
エッチングし所定の分離形状を備えた圧電性膜前駆体を
形成する。以上の工程で形成された基板を圧電性膜前駆
体の結晶化の為に加熱する。本例では赤外線輻射光源を
29用いて基板両面から、酸素雰囲気中で650℃で3分保持
した後900℃で1分加熱し自然降温させることにより、圧
電性膜の結晶化を行なった(図4(II))。After the respective films are sequentially laminated in this way, an appropriate etching mask (not shown) is applied in accordance with the position where the pressure chamber 2 is formed on the piezoelectric film 11, and then hydrogen fluoride is applied. Etching is performed to form a piezoelectric film precursor having a predetermined isolated shape. The substrate formed in the above steps is heated to crystallize the piezoelectric film precursor. In this example, the infrared radiation source
Using 29, the piezoelectric film was crystallized from both sides of the substrate by holding it in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 3 minutes and then heating it at 900 ° C. for 1 minute to naturally lower the temperature (FIG. 4 (II)).

【００２７】次にこの基板20の反対面に加圧室2の形状
に一致するようにエッチング保護層21をフッ化水素によ
りエッチングして窓22を形成した後、異方性エッチング
液、たとえば80℃に保温された濃度17%程の水酸化カリ
ウム水溶液を用いてシリコン単結晶基板20を体面側(図
中下方)のエッチング後保護層に届くまで異方性エッチ
ングする(図4(III))。Next, the etching protection layer 21 is etched with hydrogen fluoride so as to match the shape of the pressure chamber 2 on the opposite surface of the substrate 20 to form the window 22, and then an anisotropic etching solution, for example, 80 Anisotropic etching is performed on the silicon single crystal substrate 20 using a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of about 17% kept at 0 ° C. until the protective layer is reached after etching on the body surface side (lower side in the figure) (FIG. 4 (III)). .

【００２８】その後分離された圧電性膜前駆体直下の酸
化珪素膜23をフッ化水素にてエッチング除去する(図4(I
V))。After that, the silicon oxide film 23 immediately below the separated piezoelectric film precursor is removed by etching with hydrogen fluoride (see FIG.
V)).

【００２９】この後圧電性膜11上に上部駆動電極12を薄
膜製法とエッチング方法を適宜用いて所定のパターンに
形成する(図4(V))。Thereafter, the upper drive electrode 12 is formed in a predetermined pattern on the piezoelectric film 11 by appropriately using the thin film manufacturing method and the etching method (FIG. 4 (V)).

【００３０】たわみ振動子の変形効率を稼ぐためには
金、アルミニウム等の剛性の低い材料が望ましく、本例
では金を200nm厚スパッタ成膜にて膜形成した後、イオ
ンミリングにて所定形状にエッチングした。In order to increase the deformation efficiency of the flexural vibrator, a material having low rigidity such as gold or aluminum is desirable. In this example, gold is formed into a predetermined shape by ion milling after forming a film by sputtering 200 nm thick. Etched.

【００３１】このようにして形成したインク加圧室基板
1に先に図１、図２で説明した如く、基体90やノズル板6
を接着固定して、不良のない高品質のインクジェットプ
リントヘッドを実現することができた。Ink pressure chamber substrate thus formed
As described above with reference to FIGS. 1 and 2, the base 90 and the nozzle plate 6
It was possible to realize a high-quality inkjet print head with no defects by fixing and fixing.

【００３２】例えば従来上記と同等仕様の180ドット／
インチのインクジェットプリントヘッドを実現するため
には、圧力発生膜の梁の幅を100μm程度とし、圧電性膜
厚が2乃至3μm、圧力室長が3mm程は必要であった。圧電
性膜厚が2μmを形成するためには例えばゾルゲル法では
10回以上の塗工と脱脂焼成を繰り替える必要があり、そ
の工程中でクラックが多く発生して良質の膜を得ること
が難しい。またスパッタ成膜法では成膜時間に1時間も
かかってしまい、後の焼成時の不良も多かった。For example, 180 dots / of the same specification as the conventional one
In order to realize an inch inkjet printhead, the width of the beam of the pressure generating film was about 100 μm, the piezoelectric film thickness was 2 to 3 μm, and the pressure chamber length was about 3 mm. In order to form a piezoelectric film thickness of 2 μm, for example, in the sol-gel method
It is necessary to repeat coating and degreasing firing 10 times or more, and many cracks occur during the process, making it difficult to obtain a good quality film. In addition, the sputtering film formation method required a film formation time of as long as one hour, and there were many defects during subsequent firing.

【００３３】本例の如く圧電性膜を１μm以下まで薄く
すると、工程も減り膜不良も低減した。しかもたわみ方
向の幅、すなわちインク圧力室の幅を狭小化し２本並列
に設けることにより、圧力発生膜のたわみ剛性が増大
し、吐出に必要な十分な圧力及び変位体積を得ることが
できた。また圧力室長さを2mmと短くすることができた
ので、インクの供給能力も増え従来繰り返し周波数が4k
Hzが限界であったものが10kHzまで上げることができ、
また素子面積が減ったのでシリコン上は１枚辺りのとり
個数が約50%増えた。When the thickness of the piezoelectric film was reduced to 1 μm or less as in this example, the number of steps and the film defects were reduced. In addition, by narrowing the width in the deflection direction, that is, the width of the ink pressure chambers and providing the two in parallel, the flexural rigidity of the pressure generating film is increased, and sufficient pressure and displacement volume necessary for ejection can be obtained. Also, since the pressure chamber length could be shortened to 2 mm, the ink supply capacity also increased and the conventional repetition frequency was 4 k.
What was limited to Hz can be increased to 10 kHz,
In addition, since the device area has decreased, the number of chips per sheet on silicon has increased by about 50%.

【００３４】[実施例2]図5及び図6に本発明の第２の実
施例におけるインク加圧室基板1の2方向の断面を示す。
本例ではインク加圧室2を形成するインク加圧室基板1
と、圧力発生膜を形成する圧力膜基板42を別体で構成し
た後、接着しテインクジェットプリントヘッドを形成し
た。[Embodiment 2] FIGS. 5 and 6 show cross sections in two directions of an ink pressurizing chamber substrate 1 according to a second embodiment of the present invention.
In this example, the ink pressurizing chamber substrate 1 that forms the ink pressurizing chamber 2
Then, the pressure film substrate 42 for forming the pressure generating film was formed as a separate body and then bonded to form a inkjet print head.

【００３５】圧力膜基板42はあらかじめ圧電性膜11及び
その上下の電極膜10,12、弾性膜を成膜、パターニング
した後、基板の反対面より異方性エッチングにより溝43
を穿つ。44はその際溝43中央に位置する隔壁であり線状
固定部45にて圧力発生膜46を固定する。The pressure film substrate 42 is formed by previously forming and patterning the piezoelectric film 11, the electrode films 10 and 12 above and below it, and the elastic film, and then anisotropically etching the groove 43 from the opposite surface of the substrate.
Pierce. At that time, 44 is a partition wall located in the center of the groove 43, and the pressure generating film 46 is fixed by the linear fixing portion 45.

【００３６】この圧力膜基板42に、同じくシリコン単結
晶基板を異方性エッチングにより形成した加圧室基板1
を各々の圧力発生膜46と加圧室2が相対する如く接着す
る。47はこの際接着ギャップを圧力発生膜46の最大厚み
と同じに調整するべく設けられた突出部である。A pressure chamber substrate 1 in which a silicon single crystal substrate is also formed on this pressure film substrate 42 by anisotropic etching
Are bonded so that the respective pressure generating films 46 and the pressurizing chamber 2 face each other. Reference numeral 47 is a protrusion provided to adjust the adhesive gap to be the same as the maximum thickness of the pressure generating film 46 at this time.

【００３７】上記両基板に対し加圧室基板1にはノズル
板6を、圧力膜基板42の下部には基体90を接着する。The nozzle plate 6 is adhered to the pressure chamber substrate 1 and the base 90 is adhered to the lower part of the pressure film substrate 42 with respect to the above both substrates.

【００３８】前述の実施例１では、加圧室2を結晶軸(1,
1,0)に直交する面を有すシリコン単結晶基板を一方向か
らエッチングするので図２に如く圧力発生膜からノズル
方向に60°程の角度で壁面が拡がる。それに対し本例で
は圧力発生膜と別体で圧力室を形成するので、圧力発生
膜からノズル方向に絞った形状にすることができる。こ
のような形状にすると各加圧室隔壁18の面積を減らしそ
の剛性を上げることができ、この隔壁を介した隣接加圧
室へのクロストークの減少や特性向上に効果がある。In the first embodiment described above, the pressurizing chamber 2 is set to the crystal axis (1,
Since the silicon single crystal substrate having a plane orthogonal to (1,0) is etched from one direction, the wall surface expands from the pressure generating film at an angle of about 60 ° in the nozzle direction as shown in FIG. On the other hand, in this example, since the pressure chamber is formed separately from the pressure generating film, the shape can be narrowed from the pressure generating film toward the nozzle. Such a shape can reduce the area of each pressurizing chamber partition wall 18 and increase its rigidity, which is effective in reducing crosstalk to an adjacent pressurizing chamber through the partition wall and improving the characteristics.

【００３９】以上実施例１および２で述べたように圧力
発生膜に線状の固定部を設けることにより好適な圧電性
膜厚で高密度、小型のインクジェットプリントヘッドを
実現することができた。As described in the first and second embodiments, by providing the pressure generating film with the linear fixing portion, it is possible to realize a high density and small size ink jet print head having a suitable piezoelectric film thickness.

【００４０】尚本例では線状固定部を1本で説明した
が、使用する圧電性膜の特性や製品仕様に応じて複数設
けてもよい。In this example, one linear fixing portion is described, but a plurality of linear fixing portions may be provided depending on the characteristics of the piezoelectric film used and product specifications.

【００４１】[0041]

【発明の効果】本発明によれば、加圧室に対応する圧力
発生膜を支持するインク加圧室隔壁と略平行の線状固定
部を１つ以上設けることにより、製造状好適の圧電性膜
厚で高密度、小型のインクジェットプリントヘッドを実
現することができる。According to the present invention, the pressure corresponding to the pressurizing chamber
By providing one or more linear fixing portions that are substantially parallel to the partition walls of the ink pressurizing chamber that supports the generation film, it is possible to realize a high-density and small-sized inkjet printhead with a piezoelectric film thickness suitable for manufacturing conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
トヘッドの概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an inkjet printhead according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
トヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an inkjet printhead according to an embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
トヘッドの圧力室配列方向の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an ink jet print head according to an exemplary embodiment of the present invention in a pressure chamber array direction.

【図４】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
トヘッドの製造工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head in the embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
プリントヘッドの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of an inkjet printhead according to a second embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
プリントヘッドの圧力室配列方向の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an ink jet print head in a pressure chamber array direction according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インク加圧室基板 2 加圧室 3 共通流路 4 弾性膜 5 圧力発成膜 6 ノズル板 7 インク吐出用ノズル 8 配線基板 9 供給路 10 下部駆動電極 11 圧電性膜 12 上部駆動電極 13 インク 14 駆動電圧源 15 配線 16 配線 17 スイッチ 18 加圧室隔壁 19 インク吐出素子 20 シリコン単結晶基板 21 エッチング保護層 22 窓 23 圧電性膜直下の酸化珪素膜 24 圧電性膜の前駆体 25 加圧室隔壁 26 間隙 27 積層膜 28 間隙 40 中央隔壁 41 線状固定部 42 圧力膜基板 43 溝 44 中央隔壁 45 線状固定部 46 圧力発生膜 47 突出部 1 Ink pressurizing chamber substrate 2 Pressurization chamber 3 common flow path 4 Elastic membrane 5 Pressure deposition 6 nozzle plate 7 Ink nozzle 8 wiring board 9 Supply route 10 Lower drive electrode 11 Piezoelectric film 12 Upper drive electrode 13 ink 14 Drive voltage source 15 wiring 16 wiring 17 switch 18 Pressure chamber partition 19 Ink ejection element 20 Silicon single crystal substrate 21 Etching protection layer 22 windows 23 Silicon oxide film directly under the piezoelectric film 24 Piezoelectric film precursor 25 Pressure chamber partition 26 Gap 27 Laminated film 28 Gap 40 Central bulkhead 41 Linear fixing part 42 Pressure membrane substrate 43 groove 44 Central bulkhead 45 Linear fixing part 46 Pressure generating membrane 47 Projection

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 列状に隔壁を介して配列されたインク加
圧室を有する単結晶シリコンからなる加圧室基板、この
加圧室基板の片面を覆蓋し前記隔壁により懸架かつ固定
され、加圧室の一壁面をなすがごとく配置された弾性膜
と下部駆動電極と圧電性膜と上部駆動電極からなる圧力
発生膜、各々の加圧室の壁面に設けられたインク吐出ノ
ズルとインク供給孔からなるインクジェットヘッドであ
って、前記加圧室に対応する前記圧力発生膜を支持する
前記インク加圧室隔壁と略平行の線状固定部を１つ以上
形成することを特徴とするインクジェットプリントヘッ
ド。1. A pressurizing chamber substrate made of single crystal silicon having ink pressurizing chambers arranged in rows via partition walls, one side of the pressurizing chamber substrate being covered and suspended and fixed by the partition walls, A pressure generating film composed of an elastic film, a lower drive electrode, a piezoelectric film, and an upper drive electrode, which are arranged so as to form one wall of the pressure chamber, an ink discharge nozzle and an ink supply hole provided on the wall of each pressure chamber. An inkjet head comprising: one or more linear fixing portions that support the pressure generating film corresponding to the pressure chambers and that are substantially parallel to the partition walls of the ink pressure chambers.
An inkjet print head characterized by being formed . 【請求項２】 前記インク加圧室内に設けた壁状部材に
より圧力発生膜を固定することにより前記線状固定部が
形成されたことを特徴とする請求項１記載のインクジェ
ットプリントヘッド。2. The ink jet print head according to claim 1, wherein the linear fixing portion is formed by fixing a pressure generating film with a wall-shaped member provided in the ink pressurizing chamber. 【請求項３】 前記圧力発生膜に対してインク加圧室の
反対面に設けた壁状部材により圧力発生膜を固定するこ
とにより前記線状固定部が形成されたことを特徴とする
請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。3. The linear fixing portion is formed by fixing the pressure generating film with a wall-shaped member provided on the opposite surface of the ink pressurizing chamber to the pressure generating film. 1. The inkjet printhead according to 1. 【請求項４】 下部駆動電極膜が前記弾性膜を兼ねるこ
とを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリント
ヘッド。4. The ink jet print head according to claim 1, wherein the lower drive electrode film also serves as the elastic film. 【請求項５】 前記圧電性膜の化学式が、ＰｂＴｉAＺ
ｒB（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）CＯ3＋ｅＰｂＯ〔Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝
１〕にて表され、前記化学式中のＡ、Ｂ、Ｃ、ｅが、
０．３５≦Ａ≦０．５５、０．２５≦Ｂ≦０．５５、
０．１≦Ｃ≦０．４、０≦ｅ≦０．３の範囲内であるこ
とを特徴とする請求項１および４記載のインクジェット
プリントヘッド。5. The chemical formula of the piezoelectric film is PbTiAZ
rB (Mg1 / 3Nb2 / 3) CO3 + ePbO [A + B + C =
1] and A, B, C and e in the chemical formula are
0.35 ≦ A ≦ 0.55, 0.25 ≦ B ≦ 0.55,
The ink jet print head according to claim 1 or 4, wherein the ranges are 0.1 ≦ C ≦ 0.4 and 0 ≦ e ≦ 0.3.